甲烷水合物与自生碳酸盐的同位素动力学关联：来自深海冷泉的新启示

研究人员针对冷泉自生碳酸盐(Carbonate)中团簇同位素(Δ47)异常现象，通过加拿大新斯科舍省2300米深海冷泉样本的δ13C、δ18O和Δ47分析，结合显微CT和XRF技术，揭示了甲烷水合物溶解与溶解无机碳(DIC)混合再平衡的复杂过程，为理解碳循环和甲烷排放机制提供了新模型。

　　

在深邃的海洋底部，隐藏着一种被称为"冷泉"的神秘生态系统。这里不断渗出甲烷等碳氢化合物，滋养着独特的生物群落，同时形成特殊的自生碳酸盐矿物。这些甲烷衍生的自生碳酸盐(MDACs)如同地质记录仪，保存着关于碳循环和甲烷排放的重要信息。然而，科学家们一直面临一个难题：如何准确解读这些碳酸盐矿物中记录的环境信号？特别是近年来兴起的团簇同位素(Δ₄₇)测温技术，在应用于冷泉环境时常常出现与预期温度不符的异常值，这背后究竟隐藏着怎样的地质过程？

为了解开这个谜团，来自加拿大自然资源部等机构的研究团队深入探索了加拿大新斯科舍省外海2300米深处的冷泉系统。这项发表在《Geochimica et Cosmochimica Acta》上的研究，通过多尺度分析技术，揭示了甲烷水合物溶解与碳酸盐形成之间复杂的相互作用机制，为理解深海碳循环提供了新的理论框架。

研究人员采用了显微计算机断层扫描(micro-CT)观察样品内部结构，微区X射线荧光(μ-XRF)分析元素分布，并结合高精度的δ¹³C、δ¹⁸O和Δ₄₇同位素分析。样本来自新斯科舍大陆坡41和48号站点的活塞岩芯，水深分别为2306米和2716米，位于甲烷水合物稳定带内。

【Micro-computed tomography examination】
显微CT显示碳酸盐结核内部存在显著的密度异质性，48-28号样品中可见孔隙和致密物质充填的微裂缝，而48-124号样品则呈现层状结构和颗粒尺度的密度变化，这些特征暗示了复杂的形成历史和流体活动过程。

【AOM-derived carbonates and their T(Δ₄₇) significance】
所有样品均显示明显的δ¹³C负偏(-75‰至-50‰)，证实其形成与甲烷厌氧氧化(AOM)过程相关。Δ₄₇值(0.502-0.663‰ I-CDES)显著偏离海底温度预期的平衡值(0.671-0.672‰ I-CDES)，这是迄今在冷泉环境中记录到的最大的同位素失衡现象。

【Conclusions】
研究提出了创新性的混合模型：甲烷水合物溶解释放的DIC与氢营养作用后残留的CO₂在不同再平衡阶段发生动态混合，导致同位素信号异常。这一发现不仅解释了冷泉碳酸盐中广泛观察到的同位素变异，还表明实际环境中的同位素多样性可能远超现有认知。

这项研究的重要意义在于建立了甲烷水合物动态与碳酸盐同位素特征之间的直接关联，为解读古环境记录提供了新视角。同时，提出的混合再平衡机制为理解全球碳循环中甲烷通量变化提供了理论基础，对评估天然气水合物稳定性及其气候效应具有重要参考价值。